Nước cấp cho Nồi hơi ngoài các chỉ tiêu thông thường cho nước cấp còn đòi hỏi một chỉ tiêu chất lượng đặc biệt cao hơn về độ cứng của nước, nhằm ngăn ngừa tối đa sự lắng, đóng cặn làm ăn mòn hệ thống, giảm năng lực truyền nhiệt và có thể gây ra những hậu quả xấu cho hệ thống.
Năng lượng hơi nước được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp với nguyên lý chung là nhờ nhiệt chuyển hóa thành hơi và do đó các loại cặn không tan và hòa tan trong nước được giữ lại trong nồi hơi.
Nước cấp cho nồi hơi do vậy phải đạt các chỉ tiêu chất lượng cao về độ cứng.
Dưới tác dụng của nhiệt, quá trình bốc hơi nước xảy ra và cùng với quá trình đó, các hóa chất trong nước biến đổi theo các quá trình lý học riêng, nhiều chất sinh ra và nhiều chất bị phân hủy dẫn đến sự tạo thành cặn không hòa tan kết bám hoặc lắng đọng, gây cản trở cho quá trình truyền nhiệt và vận chuyển trong thiết bị. Mỗi loại cặn có tính chất lý hóa đặc trưng về màu sắc, độ cứng, độ kết bám lên bề mặt kim loại..
Xét về thành phần hóa học, cặn kết bám trong hệ thống Nồi hơi được phân thành các nhóm sau:
1. Cặn của các hợp chất kim loại kiềm thổ chủ yếu là canxi, magie như CaCO3, CaSO4 ....và được gọi tên theo thành phần tối đa như cacbonat, sunfat, photphat...
2. Cặn của các hợp chất sắt như: Fe2O3, FeSiO3 ....
3. Cặn của các hợp chất đồng và cặn silicat.
I. Mục đích xử lý nước trong nồi hơi
Việc xử lý nước trong hệ thống sản xuất hơi có hai mục đích chính là:
- Chống các hiện tượng đóng cặn
- Chống hiện tượng ăn mòn.
Hiện tượng đóng cặn và ăn mòn đều xảy ra mọi chỗ trong cả hệ thống nồi hơi, tuy nhiên ở các ống nồi hơi những hiện tượng đó xảy ra thường xuyên hơn vì đây là nơi có quá trình trao đổi nhiệt mãnh liệt nhất.
Các tạp chất trong nước cấp nồi hơi và nước ngưng hồi lưu sẽ tích tụ và đóng cặn trong nồi hơi, chủ yếu là các canxi magiê và oxit silic. Đó là những tạp chất chưa được loại bỏ hoàn toàn trong quá trình xử lý nước sơ bộ hay những tạp chất trong nước ngưng hồi lưu thường chứa sắt và đồng được sinh ra do quá trình ngưng tụ hơi.
Ở những nơi mà bề mặt kim loại tiếp xúc với nước chứa các tác nhân ăn mòn (oxy hoà tan, các axít hay kiềm) thì ở đó sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn.
Hiện tượng ăn mòn cũng xảy ra ngay dưới lớp cặn hình thành trên bề mặt kim loại là nơi diễn ra quá trình trao đổi nhiệt. Nước chứa các axít hay kiềm có thể bị giữ ở đó và khi nồi hơi hoạt động, nước bốc hơi, các chất axít và kiềm trở nên đậm đặc hơn và chính chúng sẽ là tác nhân gây ăn mòn.
II. Cơ sở của sự đóng cặn và sự ăn mòn trong nồi hơi:
1. Sự đóng cặn:
Cặn trong Nồi hơi được phân loại như sau:
- Lớp oxit sắt bảo vệ rất cần thiết: có màu nâu sẫm đến đen, rất mỏng ( < 0.1 mm), rắn chắc giống như lớp vảy cán mỏng, lớp cặn này không làm tăng nhiệt độ của bề mặt tường trao đổi nhiệt
- Lớp cặn xốp không mong muốn: có màu xám hoặc hơi nâu nhạt được tạo thành từ các chất nhiễm bẩn trong nước ( chủ yếu là cắn cứng, hoặc cặn silic), lớp cặn này luôn làm tăng nhiệt độ của bề mặt tường trao đổi nhiệt
- Lớp cặn sa lắng xốp: có màu nâu nhạt tới nâu đỏ, là sản phẩm của quá trình ăn mòn sắt ( được hình thành chủ yếu do lượng sắt có trong nước cấp nồi hơi. Lớp cặn sa lắng này hầu như không tránh được trong hệ thống nồi hơi
- Phồng rộp hoặc bong tróc cục bộ giống như cáu cặn do ăn mòn gây ra bởi oxy trong quá trình dừng lò.Các cáu cặn không mong muốn sẽ làm tăng nhiệt độ của tường lò. Sự tăng nhiệt độ này phụ thuộc vào chiều dày, thành phần và độ xốp của lớp cặn và có thể dẫn tới sự quá nhiệt của vật liệu, làm giảm độ bền, làm hỏng hoặc gây nổ nồi hơi.
2. Sự ăn mòn
Quá trình ăn mòn trong Nồi hơi chủ yếu là ăn mòn điện hóa. Đây là phản ứng giữa vật liệu kim loại với môi trường mà kết quả là vật liệu hoặc cấu kiện bị phá hủy sơm hơn tuổi thọ thông thường của nó.
III. Xử lý nước bên trong nồi hơi:
Xử lý nước bên trong nồi hơi là quá trình xử lý bằng cách bổ sung định lượng hóa chất chuyển động cho nước cấp và nước nồi hơi nhằm tạo cặn dạng bùn ngay trong nồi hơi. Phương pháp xử lý này chỉ được áp dụng với nồi hơi có năng suất truyền nhiệt thấp.
Cặn do độ cứng và silicat có thể giảm đáng kể nếu thêm đủ một lượng Na3PO4 theo đúng tỷ lệ với độn cứng ban đầu của nước cấp. Độ cứng cacbonat và phi cacbonat phản ứng với photphat và tạo ra cặn canxi và magie photphat, cặn này phần lớn tồn tại lơ lửng trong nước nồi hơi. Trong quá trình vận hành, cặn cần phải loại bỏ thông qua lượng xả đáy đủ lớn. Sau quá trình vận hành, cần phải xả hết cặn lắng đọng trong nồi hơi thông qua xả đáy bổ sung.
